Пожарная безопасность в строительстве / Rekunov - Raschet protivodimnoy ventilyatsii. Chast 1

Задавшись скоростью движения воздуха в канале (возду- ховоде), м/с, и расходом воздуха на участке, м3/ч, можно опреде- лить предварительную площадь поперечного сечения канала Fпр (воздуховода), м2,

где L – расход воздуха, м3/ч (принимается по расчетам дымоуда- ления); v – скорость воздуха и дымовых газов, м2.

СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование воз- духа» [2] регламентирует размеры каналов и воздуховодов стан- дартными (типовыми) размерами и их толщину стенки. В табл. П.1 представлены типовые размеры сторон воздуховодов и соответствующие толщины стенок.

После определения окончательных геометрических разме- ров воздуховода (по табл. П.5) необходимо выполнить пересчет

скорости в воздуховоде на фактическую

где Fф – фактическая площадь поперечного сечения или диаметр воздуховода, м.

Рассчитанная скорость движения воздуха в канале под- ставляется в формулы (14) и (17).

В случае, когда канал имеет прямоугольное сечение, зна- чение d в зависимости (3) определяется по формуле

d = 2а×b/(а+b), (19)

где а и b – геометрические размеры канала (воздуховода), м.

При аэродинамических расчетах используют справочную литературу [6, 10].

Стоит отметить, что плотность дымовых газов в формулах (14 и 17) существенно отличается в меньшую сторону от плотно- сти воздуха при комнатной температуре, что существенно влияет на расчеты потерь давления и требует обязательного учета.

21

Для воздуховодов из других материалов необходимо вво- дить поправочный коэффициент п, который зависит от абсолют- ной эквивалентной шероховатости воздуховодов kэ и скорости движения воздуха (табл. 2).

Таблица 2

Абсолютная шероховатость стенок воздуховодов kэ, мм, изготовленных из различных материалов

Следует иметь в виду, что расход воздуха в круглом и пря- моугольном воздуховоде с эквивалентным диаметром при ра- венстве скоростей не совпадают.

Таблица 3

Аэродинамический расчет системы вентиляции

При расчете желательно, чтобы скорости движения возду- ха на участках возрастали по мере приближения к вентилятору. Кроме того, аэродинамический расчет систем вентиляции можно проводить по справочным таблицам [8]. Полученные расчетные значения заносят в табл. 3.

22

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Пример 1. Требуется определить площадь проема дымо- удаления из одноэтажного здания высотой 6 м. Заданная высота незадымляемой зоны 2,5 м от пола помещения. Горючая нагруз- ка – древесина (теплота сгорания 13850 кДж/кг, удельная ско- рость выгорания 0,9 кг/(м2×мин) или 0,015 кг/(м2×с)), площадь очага пожара 9 м2. Температура наружного воздуха равна 20 °С.

Решение

Принимаем j = 0,4 и η = 0,9. Конвективная мощность очага пожара по формуле (7)

Q = (1- 0,4)0,9 ×13850 × 0,015 ×9 =1010кВт.

Расход дыма, поступающего с конвективной колонкой в подпотолочный слой, определяем по формуле (2)

Gk = 0,032 ×101032 × 2,5 = 5,08 кг/с.

Температура продуктов горения

tп.г = ( ×1010)+ = 202 °С или tп.г = 475 К. 1,09 5,08 20

Плотности продуктов горения и наружного воздуха вычис-

Располагаемый перепад давления найдем по формуле (4)

DPрасп = 9,81(6 - 2,5)×(1,2 - 0,746) =15,6 Па.

Требуемая площадь проема дымоудаления по формуле (3)

Fy = [ ( 5,08× )0,5 ]= 0,68 м2. 0,64 0,746 15,6

23

Объемный часовой расход удаляемого дыма найдем по формуле (9)

L = 3600 ×5,08 = 28000 м3/ч. 0,746

Пример 2. Требуется определить площадь устройства ды- моудаления с одноэтажной стоянки автомобилей высотой 3 м при горении одного автомобиля. Заданная высота незадымлен- ной зоны 2,0 м от пола помещения. Мощность очага пожара 4,5 МВт. Температура наружного воздуха равна 20 °С.

Решение

Принимаем j = 0,4. Конвективная мощность очага пожара

Q = (1- 0,4)4,5 = 2,7 МВт.

Расход дыма, поступающего с конвективной колонкой в подпотолочный слой, определяем по формуле (2)

Gk = 0,032 × 270035 × 2 = 7,33 кг/с.

Температура продуктов горения по формуле (6)

tп.г = ( +2700 )+ = 358 °С. 1,09 7,33 20

Плотности продуктов горения и наружного воздуха опре-

Площадь устройства дымоудаления близка к площади про- екции на плоскость пола легкового автомобиля, устройство ды-

моудаления с естественным побуждением тяги с автостоянки

24

представляется нецелесообразным. Для дымоудаления следует использовать систему с механическим побуждением тяги.

Объемный часовой расход удаляемого дыма по (9)

L = 3600 ×7,33 = 47121 м3/ч. 0,56

Если же размеры очага пожара не ограничены, то для обеспечения незадымленной зоны требуются неприемлемо вы- сокие параметры системы дымоудаления, и единственной зада- чей, которую может решить система, становится обеспечение нераспространения дыма за пределы горящего помещения.

После проведения расчета расхода удаляемого воздуха в системе механической вентиляции дымоудаления, необходимо вычертить схему с указанием всех длин участков и провести аэ- родинамический расчет данной вентиляции. По результатам проведенных расчетов получаем:

1.Схему воздуховодов проектируемой системе дымоуда-

ления.

2.Определение геометрических размеров воздуховодов в системе.

3.Выбор вентиляционного оборудования для нужд дымо- удаления (противопожарных клапанов, вентиляторов и т. д.).

Пример 3. Рассчитать противодымную защиту коридоров 17-этажного жилого дома в г. Иванове. Температура наружного воздуха в теплый период года 27 °С (параметры Б). Дверь для выхода на лестничную клетку имеет ширину 0,9 м, высоту 2,2 м. Высота этажа 2,8 м, шахта дымоудаления выполнена из бетона

(рис. 7).

Решение

1. Определяем расход дыма через клапан по формуле (1)

Gд = 0,95·0,9·2,21,5 = 2,79 кг/с = 10044 кг/ч.

25

Рис. 7. Противодымная вентиляция коридоров 17-этажного здания

2. Принимаем дымовой клапан КДМ-2 (прил. 1) размером 800×500 мм с проходным сечением 0,35 м2 и шахту размером 800×500 мм. Массовая скорость дыма в клапане на 1-м участке (клапан открыт) Vρ = 2,79/0,35 = 8,0 кг/(с·м2) и в шахте

Vρ = 2,79/0,4 = 6,98 кг/(с·м2).

26

3.Определяем потери давления в дымовом клапане на 1-м

этаже по формуле (3) при плотности дыма ρп.г = 0,61 кг/м3 и

сумме коэффициентов сопротивления ξ1 + ξ2 = 2,2+0,3 = 2,5

P1 = 2,5·8,02/(2·0,61)=131 Па.

4.Потери давления на трение на 1-м участке шахты, вы-

полненной из бетона, при Кc = 1,7 и скоростном давлении hд1 = 6,982/(2·0,61) = 40 Па, рассчитаны по табл. 1 и формуле (4)

P2 = 10,8·0,1·1,7·2,8 = 5,2 Па,

где Σξ = 0.

5.Определяем подсос воздуха через неплотности закрыто- го дымового клапана на 2-м этаже здания по формуле (5) при от- рицательном давлении и сопротивлении первого участка систе-

мы P1 + P2 = 131 + 5,2 = 136,2 Па

Gk1 = 0,0112 (0,35·136,2)0,5 = 0,077 кг/с.

6.Количество газов в устье дымовой шахты определяем по расходу дыма при равномерном подсосе воздуха через 16 закры- тых дымовых клапанов в первом приближении по (6)

Gy1 = 2,79+0,077(17 – 1) = 4,02 кг/с.

7.Потери давления в дымовой шахте, Па, при расходе га-

зов в устье шахты Gy1 кг/с, определяем при среднем скоростном давлении в шахте по формуле (7)

Pyl = 10,8·0,13·1,7·2,8·(17 – 1)+0,1·(17 – 1)·55+131+5,2 = 330 Па,

где Rтр = 0,13 кгс/м2 [4, табл. 1] при скоростном давлении 55 Па; Кс = 1,7 для шахт выполненных из бетона [4];

hд.ср = (hд.1+hд.у)/2 = (40 + 70)/2 = 55 Па;

hд.1 = (2,79/0,4)2/(2·0,61) = 40 Па на 1-м участке; hд.у = (4,02/0,4)2/(2·0,72) = 70 Па в устье шахты; ρу = 4,02/[2,79/0,61+(4,02 – 2,79)/1,2] = 0,72 кг/м3; Р1 = 131 Па; Р2 = 5,2 Па.

8. Подсос воздуха через закрытый дымовой клапан на 17-м этаже при Ру1 = 330 Па определяем по формуле (8)

Gk2 = 0,0112 (0,35·330)0,5 = 0,12 кг/с.

27

9.Подсос воздуха в шахту через 16 закрытых клапанов и

дыма через открытый клапан на 1-м этаже (Gд = 2,79 кг/с) опре- деляем по формуле (9) (второе приближение принимается за окончательный результат)

Gy2 = (0,077+0,12) 0,5·(17 – 1)+2,79 = 4,37 кг/с.

10.Для присоединения шахты к вентилятору принят воз-

духовод сечением 800´500 мм, длиной 4 м с одним отводом. При этом потери давления по формуле (4) составляют:

Рвс = 10,8·0,06×1,7×4+0,5·2·19 = 23 Па при скоростном давлении в воздуховоде, определенном по формуле

h = (Gy2 / Fвозд )2 /(2×rу ). Значит, hд = (4,37/0,84)2/(2·0,72) = 19 Па и

Rтр = 0,06 кгс/м2.

11. Определяем потери давления системы на всасывании по формуле (10)

Ру2 = 330+23 = 353 Па.

12.Определяем подсосы воздуха через неплотности всасы- вающей части сети при разрежении перед вентилятором 353 Па по формуле (11)

Gп = 1,1(0,00051·2,6·2,8·16+0,00055·3,2·4) = 0,073 кг/с,

где G1 = 0,51/1000 = 0,00051 кг/(с·м2) – [4, табл. 2] для шахты из бетона при Ру1 = 330 Па и G2 = 0,55/1000 = 0,00055 кг/(с·м2) – [5, табл. 2] для стального воздуховода при Ру2 = 353 Па.

13.Общий расход смеси воздуха и дыма перед вентилято- ром по формуле (12)

Gсум = 4,37+0,073 = 4,44 кг/с.

14.Потери давления на всасывании с учетом подсоса воз-

духа через неплотности воздуховодов определяем по формуле (13)

Рв = 353·[1+(4,44/4,02)2]·0,5 = 392 Па.

15.Плотность газов перед вентилятором рассчитываем по формуле (14)

rсум = 4,44/[2,79/0,61 + (4,44 – 2,79)/1,2] = 0,74 кг/м3.

Температура газов перед вентилятором по формуле (14)

равна

28

Т= (353–273·0,74)/0,74 = 204 °С.

16.Для удаления газов наружу принимается радиальный вентилятор с положением кожуха 0°, соединенный диффузором

сдымовой трубой длиной 5 м, диаметром 710 мм (сечением 0,43 м2). Массовая скорость выхлопа газов через дымовую трубу

Vr = 4,44/0,43 = 10,3 кг/(с·м2) и скоростное давление составит

10,32/(2·0,72) = 74 Па.

Потери давления на выхлопе по формуле (4) равны

Рвых = 10,8·0,18·5 + 2,0·74 = 155 Па.

17. Суммарные потери давления в сети по формуле (15)

равны

Рсум = 392 + 155 = 547 Па.

18. Естественное давление газов при высоте дымовой шах- ты 45 м и трубы 5 м при удельном весе наружного воздуха в те- плый период года gн = 3463/(273+27) = 11,54 Н/м3 и плотности удаляемого газа 0,76 кг/м3 определяем по формуле (16)

Рес = 45×[11,54 – (0,74+0,61)·4,95]+5×(11,54 – 0,74·9,81) = 240 Па.

19.Потери давления в системе с учетом естественного дав- ления газов определяем по формуле (17)

Рвен = 547 – 240 = 307 Па.

20.Напор вентилятора по условным потерям давления оп-

ределяем по формуле (18)

Русл = 1,2·307/0,74 = 498 Па.

21. Производительность вентилятора определим по форму-

ле (19)

Lв = 3600·4,44/0,74= 21600 м3/ч.

5. ЗАДАНИЕ ПО РАСЧЕТУ ПРОТИВОДЫМНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Рассчитать, пользуясь п. 3 данных методических указаний, систему дымоудаления в здании. Исходные данные принять по номеру в журнале старосты группы из табл. 4.

29

В задании необходимо:

–ознакомиться с категорией помещения здания, из которо- го необходимо произвести дымоудаление;

–получить у преподавателя план здания с расстановкой оборудования;

–выполнить принципиальную схему системы дымоудаления;

–произвести расчет противодымной вентиляции;

–осуществить подбор необходимого вентиляционного оборудования.

30